Прогресс исследованийтонкопленочный электрооптический модулятор на основе ниобата лития
Электрооптический модулятор является основным устройством оптических систем связи и микроволновых фотонных систем. Он регулирует распространение света в свободном пространстве или оптическом волноводе, изменяя показатель преломления материала под действием приложенного электрического поля. Традиционный ниобат литияэлектрооптический модуляторВ качестве электрооптического материала используется объёмный ниобат лития. Монокристаллический ниобат лития локально легируется для формирования волновода посредством диффузии титана или протонного обмена. Разность показателей преломления между сердцевиной и оболочкой очень мала, и волновод обладает слабой способностью связываться со световым полем. Общая длина корпусированного электрооптического модулятора обычно составляет 5–10 см.
Технология ниобата лития на изоляторе (LNOI) обеспечивает эффективное решение проблемы больших габаритов электрооптических модуляторов на основе ниобата лития. Разность показателей преломления между сердцевиной волновода и оболочкой достигает 0,7, что значительно улучшает способность к связыванию оптических мод и электрооптическое регулирование волновода, что стало одним из ключевых направлений исследований в области электрооптических модуляторов.
Благодаря развитию технологий микрообработки, разработка электрооптических модуляторов на основе платформы LNOI добилась быстрого прогресса, демонстрируя тенденцию к уменьшению размеров и постоянному улучшению характеристик. В зависимости от используемой структуры волновода, типичные тонкоплёночные электрооптические модуляторы на основе ниобата лития представляют собой нагруженные гибридные электрооптические модуляторы с прямым травлением.волноводные модуляторыи гибридные кремниевые интегрированные волноводные электрооптические модуляторы.
В настоящее время усовершенствование процесса сухого травления значительно снижает потери в тонкопленочных волноводах из ниобата лития. Метод гребневой загрузки решает проблему высокой сложности процесса травления и позволяет реализовать электрооптический модулятор на основе ниобата лития с полуволновым напряжением менее 1 В. Сочетание с развитой технологией SOI соответствует тенденции гибридной интеграции фотонов и электронов. Технология тонкопленочного ниобата лития обладает преимуществами в реализации интегрированного электрооптического модулятора на кристалле с низкими потерями, компактными размерами и широкой полосой пропускания. Теоретически прогнозируется, что тонкопленочный ниобат лития толщиной 3 мм будет работать в режиме «пушпульного» преобразования.Модуляторы M⁃ZЭлектрооптическая полоса пропускания по уровню 3 дБ может достигать 400 ГГц, а полоса пропускания экспериментально изготовленного тонкоплёночного модулятора на основе ниобата лития, как сообщается, составляет чуть более 100 ГГц, что всё ещё далеко от теоретического верхнего предела. Улучшение, достигаемое за счёт оптимизации базовых структурных параметров, ограничено. В будущем, с точки зрения исследования новых механизмов и структур, таких как проектирование стандартного копланарного волноводного электрода в качестве сегментированного микроволнового электрода, характеристики модулятора могут быть дополнительно улучшены.
Кроме того, реализация интегральных схем модуляторов и гетерогенная интеграция с лазерами, детекторами и другими устройствами на кристалле является одновременно и возможностью, и вызовом для будущего развития тонкоплёночных модуляторов на основе ниобата лития. Тонкоплёночные электрооптические модуляторы на основе ниобата лития будут играть всё более важную роль в СВЧ-фотонной, оптической связи и других областях.
Время публикации: 07.04.2025